KR102664038B1 - 엑스선 튜브의 고속 펄싱 방법 및 이를 수행하는 장치 - Google Patents

엑스선 튜브의 고속 펄싱 방법 및 이를 수행하는 장치 Download PDF

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Abstract

엑스선 튜브의 고속 펄싱 방법 및 이를 수행하는 장치가 개시된다. 다양한 실시예에 따른 엑스선 튜브의 고속 펄싱 방법은 고속 펄스 전원이 펄스파(pulse-wave) 형태의 전압을 생성하여 스위치 및 피드백 회로로 출력하는 동작, 상기 스위치가 상기 펄스파 형태의 전압에 응답하여 상기 엑스선 튜브가 상기 펄스파 형태의 전압이 가지는 주파수에 따라 엑스선을 방출하도록 상기 엑스선 튜브를 제어하는 동작과 상기 피드백 회로가 상기 피드백 회로의 양 끝단 간의 전압에 기초하여 상기 엑스선에 기초한 관전류를 안정화시키는 동작을 포함할 수 있다.

Description

엑스선 튜브의 고속 펄싱 방법 및 이를 수행하는 장치{FAST X-RAY PULSING OF X-RAY TUBE AND DEVICE PERFOMING THE SAME}
본 발명의 다양한 실시예들은 엑스선 튜브의 고속 펄싱 방법 및 이를 수행하는 장치에 관한 것이다.
엑스선(X-ray)은 전자파의 일종으로 직진성과 투과성 및 물질 특성에 따른 흡수특성 차이 등으로 많은 분야에서 비파괴검사 수단으로 쓰이고 있다. 엑스선 튜브는 엑스선을 발생하는데 있어 핵심부품으로 주로 filament타입, CNT타입으로 나뉜다.
filament타입 엑스선 튜브는 성숙된 기술, 안정된 제품 및 저렴한 가격으로 엑스선에 관련된 의료, 산업, 과학 등 분야에 널리 쓰이고 있다. CNT 타입은 아직 상용화가 이루어지지 않은 신기술로 응용이 제한적인 방면에 Filament 타입은 그 점유율이 매우 높다.
위에서 설명한 배경기술은 발명자가 본원의 개시 내용을 도출하는 과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
대부분의 엑스선은 아날로그 방식으로 연속 발사를 하고 있지만 기술 발전에 따라 엑스선의 펄싱 기술도 나날이 중요해지고 있다. 엑스선 튜브를 고속으로 펄싱하면 움직이는 물체를 더욱 선명하게 촬영할 수 있고 환자가 받을 피폭량을 대폭으로 줄일 수 있다. 현재 대부분의 엑스선 관련 분야에서 널리 사용되고 있는 filament 타입 엑스선 튜브는 값비싼 grid가 있는 경우에 한하여 수 kHz의 고속 펄싱을 할 수 있어서 비용상의 부담이 크고, grid가 없는 경우에는 50Hz 정도의 저속 펄싱만 가능한 어려움이 있다. 또한, 엑스선 튜브의 관전류는 정밀한 제어에 어려움이 있다.
이에, 대부분의 엑스선 관련 분야에서 가장 많이 사용되고 있는 filament 타입 엑스선 튜브를 위하여 고속 펄싱을 수행하고, 고속 펄싱 중의 관전류를 정밀하게 제어할 수 있는 기술이 요구될 수 있다.
다양한 실시예들은 filament 타입 엑스선 튜브를 위하여 고속 펄싱을 수행하고, 고속 펄싱 중의 관전류를 정밀하게 제어하는 기술을 제공할 수 있다.
다양한 실시예들은 CNT 타입 엑스선 튜브 및 filament 타입 엑스선 튜브에 모두 적용할 수 있는 고속 펄싱 기술을 제공할 수 있다.
다만, 기술적 과제는 상술한 기술적 과제들로 한정되는 것은 아니며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 엑스선 튜브의 고속 펄싱 방법은 고속 펄스 전원이 펄스파(pulse-wave) 형태의 전압을 생성하여 스위치 및 피드백 회로로 출력하는 동작, 상기 스위치가 상기 펄스파 형태의 전압에 응답하여 상기 엑스선 튜브가 상기 펄스파 형태의 전압이 가지는 주파수에 따라 엑스선을 방출하도록 상기 엑스선 튜브를 제어하는 동작과 상기 피드백 회로가 상기 피드백 회로의 양 끝단 간의 전압에 기초하여 상기 엑스선에 기초한 관전류를 안정화시키는 동작을 포함할 수 있다.
상기 안정화시키는 동작은 상기 피드백 회로의 양 끝단 간의 전압이 상기 스위치의 턴온 전압에서 제1 노드 및 제2 노드 간의 전압과 균형을 이루어 상기 엑스선에 기초한 관전류를 안정화시키는 동작을 포함하고, 상기 제1 노드는 상기 스위치와 상기 고속 펄스 전원 사이의 노드이고, 상기 제2 노드는 상기 스위치와 상기 피드백 회로 사이의 노드인 것일 수 있다.
상기 안정화시키는 동작은 상기 피드백 회로의 부하 크기를 조정하여 상기 관전류의 크기를 제어하는 동작을 포함할 수 있다.
상기 엑스선 튜브는 필라멘트 타입 엑스선 튜브 및 CNT 타입 엑스선 튜브 중 어느 하나인 것일 수 있다.
상기 엑스선 튜브는 상기 엑스선 튜브 내에서 생성된 자유 전자가 고압 전원에 의한 전계에 의해 가속되는 것이고, 상기 고압 전원은 unipolar고압 전원 및 bipolar 고압 전원 중 어느 하나인 것일 수 있다.
상기 주파수는 50kHz 이하인 것일 수 있다.
다양한 실시예에 따른 엑스선 튜브의 고속 펄싱을 위한 고속 펄싱 장치는 펄스파(pulse-wave) 형태의 전압을 생성하여 스위치 및 피드백 회로로 출력하는 고속 펄스 전원, 상기 펄스파 형태의 전압에 응답하여 상기 엑스선 튜브가 상기 펄스파 형태의 전압이 가지는 주파수에 따라 엑스선을 방출하도록 상기 엑스선 튜브를 제어하는 스위치, 및 상기 피드백 회로의 양 끝단 간의 전압에 기초하여 상기 엑스선에 기초한 관전류를 안정화시키는 피드백 회로를 포함할 수 있다.
상기 피드백 회로는 상기 피드백 회로의 양 끝단 간의 전압이 상기 스위치의 턴온 전압에서 제1 노드 및 제2 노드 간의 전압과 균형을 이루어 상기 엑스선에 기초한 관전류를 안정화시키는 것이고, 상기 제1 노드는 상기 스위치와 상기 고속 펄스 전원 사이의 노드이고, 상기 제2 노드는 상기 스위치와 상기 피드백 회로 사이의 노드인 것일 수 있다.
상기 피드백 회로는 상기 피드백 회로의 부하 크기를 조정하여 상기 관전류의 크기를 제어하는 것일 수 있다.
상기 엑스선 튜브는 필라멘트 타입 엑스선 튜브 및 CNT 타입 엑스선 튜브 중 어느 하나인 것일 수 있다.
상기 엑스선 튜브는 상기 엑스선 튜브 내에서 생성된 자유 전자가 고압 전원에 의한 전계에 의해 가속되는 것이고, 상기 고압 전원은 unipolar고압 전원 및 bipolar 고압 전원 중 어느 하나인 것일 수 있다.
상기 주파수는 50kHz 이하인 것일 수 있다.
다양한 실시예에 따른 시스템은 엑스선 튜브와 상기 엑스선 튜브의 고속 펄싱(fast x-ray pulsing)을 위한 고속 펄싱 장치를 포함하고, 상기 고속 펄싱 장치는 펄스파(pulse-wave) 형태의 전압을 생성하여 스위치 및 피드백 회로로 출력하는 고속 펄스 전원, 상기 펄스파 형태의 전압에 응답하여 상기 엑스선 튜브가 상기 펄스파 형태의 전압이 가지는 주파수에 따라 엑스선을 방출하도록 상기 엑스선 튜브를 제어하는 스위치, 및 상기 피드백 회로의 양 끝단 간의 전압에 기초하여 상기 엑스선에 기초한 관전류를 안정화시키는 피드백 회로를 포함할 수 있다.
도 1은 다양한 실시예에 따른 시스템의 블록도이다.
도 2는 다양한 실시예에 따른 고속 펄싱 장치의 블록도이다.
도 3은 다양한 실시예에 따른 피드백 회로의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 다양한 실시예에 따른 시스템의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있다. 따라서, 실제 구현되는 형태는 개시된 특정 실시예로만 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 실시예들로 설명한 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 다양한 실시예에 따른 시스템의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 다양한 실시예에 따르면, 시스템(10)은 고속 펄싱 장치(100), 고압 전원(200), 튜브 전원(310), 및 엑스선 튜브(330)를 포함할 수 있다. 시스템(10)은 각 구성(예: 고속 펄싱 장치(100), 고압 전원(200), 튜브 전원(310), 및 엑스선 튜브(330))을 활용하여 엑스선 튜브(330)의 고속 펄싱(fast x-ray pulsing)을 수행하고, 엑스선 튜브(330)가 고속 펄싱을 수행하는 중에 엑스선에 기초한 관전류를 안정화시킬 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 고속 펄싱 장치(100)는 엑스선 튜브(330)가 고속 펄싱을 수행하여 엑스선을 높은 주파수에 대응하는 주기에 따라 불연속적으로 방출하도록 엑스선 튜브(330)를 제어할 수 있다. 높은 주파수는 고속 펄싱 장치(100)에 포함된 고속 펄스 전원(110)이 생성하는 펄스파 형태의 전압의 것일 수 있다. 예를 들어, 펄스파 형태의 전압은 50kHz 이하의 주파수를 가질 수 있다. 고속 펄싱 장치(100)는 엑스선 튜브(330)가 고속 펄싱을 수행하는 중에 엑스선에 기초한 관전류를 안정화할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 고압 전원(200)은 엑스선 튜브(330) 및 고속 펄싱 장치(100)의 사이에 위치하여 엑스선 튜브(330) 내에서 전계를 생성할 수 있다. 고압 전원(200)은 엑스선 튜브(330) 내에서 생성된 자유 전자를 전계에 의하여 가속시킬 수 있다. 고압 전원(200)은 고속으로 가속시킨 자유 전자를 엑스선 튜브(330)의 애노드(anode) 측에 충돌시켜 엑스선 튜브(330)가 엑스선을 방출하도록 할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 고압 전원은 unipolar고압 전원 및 bipolar 고압 전원 중 어느 하나일 수 있다. 고압 전원(200)이 bipolar 고압 전원일 경우에는 고압 전원(200)이 unipolar 고압 전원인 경우에 비하여 공간 집약적인 시스템(10)을 생성할 수 있다. 고압 전원(200)이 bipolar 고압 전원인 경우에는 양의 전원과 음의 전원을 모두 사용하므로 높은 전압의 구현 및 안전성 확보가 용이할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 튜브 전원(310)은 엑스선 튜브(330)가 자유 전자를 생성하도록 엑스선 튜브(330)에 전원을 공급할 수 있다. 튜브 전원(310)은 엑스선 튜브(330)가 필라멘트 타입(filament type) 튜브인 경우에는 엑스선 튜브(330)가 자유전자를 생성하도록 엑스선 튜브(330)에 포함된 필라멘트를 가열하고, 엑스선 튜브(330)와 고속 펄싱 장치(100) 사이에 위치할 수 있다. 엑스선 튜브(330)가 탄소나노 튜브(carbon nano tube(CNT))인 경우에는 엑스선 튜브(330)가 자유전자를 생성하도록 엑스선 튜브(330)에 포함된 전자총에 전원을 공급하고 엑스선 튜브(330)와 고압 전원(200) 사이에 위치할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 엑스선 튜브(330)는 내부가 진공 상태일 수 있다. 엑스선 튜브(330)는 튜브 전원(310)으로부터 전원을 공급받아 엑스선 튜브(330)의 캐소드(cathode)측에서 자유 전자를 생성할 수 있다. 자유 전자는 고압 전원(200)이 생성한 전계에 의하여 엑스선 튜브(330) 내에서 가속되어 엑스선 튜브(330)의 애노드 측에 충돌함으로써 엑스선을 방출하고, 엑스선에 기초한 관전류를 생성할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 엑스선 튜브(330)는 고압 전원(200), 튜브 전원(310), 및 고속 펄싱 장치(100)와 연결될 수 있다. 엑스선 튜브(330)는 필라멘트 타입(filament type) 엑스선 튜브이거나 탄소 나노 튜브(carbon nano tube(CNT)) 타입 엑스선 튜브일 수 있다. 시스템(10)은 엑스선 튜브(330)의 종류(예: 필라멘트 타입(filament type) 엑스선 튜브, 탄소 나노 튜브(carbon nano tube(CNT)) 타입 엑스선 튜브)와 무관하게 엑스선 튜브(330)의 고속 펄싱 및 고속 펄싱 중의 관전류 안정화를 수행할 수 있다.
도 2는 다양한 실시예에 따른 고속 펄싱 장치의 블록도이다.
도 2를 참조하면, 다양한 실시예에 따르면, 고속 펄싱 장치(100)는 고속 펄스 전원(110), 스위치(130), 및 피드백 회로(150)를 포함할 수 있다. 고속 펄싱 장치(100)는 각 구성(예: 고속 펄스 전원(110), 스위치(130), 및 피드백 회로(150))의 상호 작용에 기초하여 엑스선 튜브(예: 도 1의 엑스선 튜브(330))의 고속 펄싱을 수행하고, 고속 펄싱 중에 엑스선 튜브(330)의 관전류를 안정화시킬 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 고속 펄스 전원(110)은 펄스파(pulse-wave) 형태의 전압을 생성하여 스위치(130) 및 피드백 회로(150)로 출력할 수 있다. 펄스파 형태의 전압은 50kHz 이하의 수십 kHz의 주파수를 가지는 고속 펄스 신호일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 스위치(130)는 펄스파 형태의 전압에 응답하여 엑스선 튜브(330)가 펄스파 형태의 전압이 가지는 주파수에 따라 엑스선을 방출하도록 엑스선 튜브(330)를 제어할 수 있다. 스위치(130)는 고압 전원(200) 및 엑스선 튜브(330)로 이루어진 회로를 on/off시킬 수 있고, 스위치(130)는 펄스파 형태의 전압에 응답하여 켜지거나 꺼질 수 있다. 스위치(130)가 켜지면 회로가 형성되므로 엑스선 튜브(330)는 엑스선을 방출하고 회로 상에는 관전류가 흐를 수 있다. 스위치(130)가 꺼지면 회로가 끊어지므로 엑스선 튜브(330)는 엑스선을 방출하지 않고 회로 상에는 관전류가 흐르지 않을 수 있다.
예를 들어, 스위치(130)는 Si 소재를 사용한 N채널 MOSFET, Si 소재를 사용한 P채널 MOSFET, SiC 소재를 사용한 N채널 MOSFET, SiC 소재를 사용한 P채널 MOSFET, GaN 소재를 사용한 N채널 MOSFET, GaN 소재를 사용한 P채널 MOSFET, Si 소재를 사용한 IGBT, Si 소재를 사용한 전력 Transistor 등의 3단자 반도체 소자일 수 있다. 스위치(130)가 N 채널 MOSFET인 경우에는, 스위치(130)는 스위치(130)의 gate 단자인 제1 노드(151) 및 스위치(130)의 source 단자인 제2 노드(152) 간의 전압이 스위치(130)의 턴온 전압(turn-on voltage)를 초과하는 경우에 켜질 수 있다. 제1 노드(151) 및 제2 노드(152) 간의 전압은 고속 펄스 전원의 전압에서 피드백 회로(150)에 관전류가 흐름에 따라 발생한 전압을 뺀 값일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 피드백 회로(150)는 피드백 회로(150)의 양 끝단 간의 전압에 기초하여 엑스선에 기초한 관전류를 안정화시킬 수 있다. 피드백 회로(150)는 피드백 회로(150)의 양 끝단 간의 전압이 스위치(130)의 턴온 전압에서 제1 노드(151) 및 제2 노드(152) 간의 전압과 균형을 이루어 엑스선에 기초한 관전류를 안정화시킬 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제1 노드(151) 및 제2 노드(152) 간의 전압의 크기는 관전류의 크기 및 피드백 회로(150)의 양 끝단 간의 전압과 반비례할 수 있다. 스위치(130)는 제1 노드(151) 및 제2 노드(152) 간의 전압의 크기가 턴온 전압보다 큰 경우에만 켜지므로, 관전류의 크기가 일정 크기에 도달하면 스위치(130)는 꺼질 수 있다. 피드백 회로(150)는 피드백 회로(150)의 양 끝단 간의 전압과 반비례하는 제1 노드(151) 및 제2 노드(152) 간의 전압의 크기를 이용하여 관전류의 크기를 스위치(130)의 턴온 전압에 대응하는 일정 크기 이하로 안정화할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 피드백 회로(150)는 턴온 전압을 기준으로 켜지거나 꺼지는 스위치(130)와 상호작용하여, 제1 노드(151) 및 제2 노드(152) 간의 전압의 크기는 턴온 전압의 크기이고 피드백 회로(150)의 양 끝단 간의 전압의 크기는 펄스 전원의 크기에서 턴온 전압의 크기를 뺀 값인 지점에서 균형을 이룰 수 있다. 피드백 회로(150)의 양 끝단 간의 전압의 크기는 펄스 전원의 크기에서 턴온 전압의 크기를 뺀 값으로 수렴하므로, 피드백 회로(150)는 피드백 회로(150)의 부하 크기를 조정하여 엑스선 튜브(330)의 관전류의 크기를 원하는 크기로 제어할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 피드백 회로(150)는 하나 이상의 저항으로 구성할 수도 있고 저항과 동일한 역할을 하는 소자이거나 회로일 수 있다. 피드백 회로(150)는 피드백 회로(150)의 부하의 크기를 결정하는 셀렉터를 포함하고, 셀렉터는 외부로부터 부하의 크기를 결정하기 위한 신호를 수신할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 고속 펄싱 장치(100)는 피드백 회로(150)에 기초하여 엑스선 튜브(330)의 고속 펄싱 중에 관전류의 양을 정밀하게 제어할 수 있다. 고속 펄싱 장치(100)는 고속 펄스 전원(110), 스위치(130), 및 피드백 회로(150)의 상호작용에 기초하여 비선형적으로 증가하는 자유전자 수의 특성상 정밀 제어하기 어려운 관전류의 크기를 원하는 크기로 제어할 수 있다.
도 3은 다양한 실시예에 따른 피드백 회로의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따르면, 피드백 회로(150)은 복수의 저항(예: 저항 R1 내지 저항 Rn) 및 저항 셀렉터(resistor selector)(151)를 포함할 수 있다. 저항 셀렉터(160)는 복수의 저항 중 하나만 선택하여 회로에 연결시키는 multiplexer의 기능을 수행할 수 있다. 피드백 회로(150)는 저항 셀렉터(160)가 선택한 저항값에 따라 피드백 회로(150)의 부하의 크기가 결정되고, 스위치(예: 도 2의 스위치(130)) 및 피드백 회로(150)에 흐르는 관전류의 크기가 결정될 수 있다. 저항 셀렉터(160)는 외부로부터 피드백 회로(150)의 부하의 크기를 결정하기 위한 신호를 수신할 수 있다.
도 4는 다양한 실시예에 따른 시스템의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
다양한 실시예에 따르면, 시스템(40)은 도 1의 시스템(10)과 동일하게 동작할 수 있다. 시스템(40)은 시스템(10)의 고압 전원(예: 도 1의 고압 전원(200))이 bipolar 고압 전원이고, 엑스선 튜브(예: 도 1의 엑스선 튜브(330))가 필라멘트 타입 엑스선 튜브인 경우일 수 있다. 시스템(40)은 필라멘트 타입 엑스선 튜브(423)의 고속 펄싱을 수행하고, 필라멘트 타입 엑스선 튜브(423)가 고속 펄싱을 수행하는 중에 엑스선에 기초한 관전류를 안정화시킬 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, positive anode 전원(411) 및 negative anode 전원(413)은 접지된 노드(410)를 사이에 두고 연결된 것일 수 있다. positive anode 전원(411) 및 negative anode 전원(413)는 bipolar 고압 전원으로서 도 1의 고압 전원(200)과 동일하게 동작할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 필라멘트 전원(421)은 도 1의 튜브 전원(310)과 동일하게 동작할 수 있다. 필라멘트 전원(421)은 필라멘트 타입 엑스선 튜브(423)가 자유 전자를 생성하도록 필라멘트 타입 엑스선 튜브(423)에 전원을 공급할 수 있다. 필라멘트 전원(421)은 필라멘트 타입 엑스선 튜브(423)에 포함된 필라멘트(425)를 가열할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 필라멘트 타입 엑스선 튜브(423)는 도 1의 엑스선 튜브(330)와 동일하게 동작할 수 있다. 필라멘트 타입 엑스선 튜브(423)는 내부가 진공 상태일 수 있다. 필라멘트 타입 엑스선 튜브(423)는 필라멘트 전원(421)으로부터 전원을 공급받아 필라멘트 타입 엑스선 튜브(423)의 캐소드(cathode)측에서 자유 전자를 생성할 수 있다. 자유 전자는 positive anode 전원(411) 및 negative anode 전원(413)이 생성한 전계에 의하여 필라멘트 타입 엑스선 튜브(423)내에서 가속되어 필라멘트 타입 엑스선 튜브(423)의 애노드 측에 충돌함으로써 엑스선을 방출하고, 엑스선에 기초한 관전류를 생성할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 고속 펄스 전원(430)은 도 2의 고속 펄스 전원(110)과 동일하게 동작할 수 있다. 고속 펄스 전원(430)은 펄스파(pulse-wave) 형태의 전압을 생성하여 스위치(440) 및 피드백 회로(450)로 출력할 수 있다. 펄스파 형태의 전압은 50kHz 이하의 수십 kHz의 주파수를 가지는 고속 펄스 신호일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 반도체 스위치(440)는 도 2의 스위치(130)와 동일하게 동작할 수 있다. 반도체 스위치(440)는 펄스파 형태의 전압에 응답하여 필라멘트 타입 엑스선 튜브(423)가 펄스파 형태의 전압이 가지는 주파수에 따라 엑스선을 방출하도록 필라멘트 타입 엑스선 튜브(423)를 제어할 수 있다. 반도체 스위치(440)는 positive anode 전원(411)과 negative anode 전원(413)으로 이루어진 bipolar 고압 전원, 및 필라멘트 타입 엑스선 튜브(423)로 이루어진 회로를 on/off시킬 수 있고, 반도체 스위치(440)는 펄스파 형태의 전압에 응답하여 켜지거나 꺼질 수 있다. 반도체 스위치(440)가 켜지면 회로가 형성되므로 엑스선 튜브(330)는 엑스선을 방출하고 회로 상에는 관전류가 흐를 수 있다. 반도체 스위치(440)가 꺼지면 회로가 끊어지므로 필라멘트 타입 엑스선 튜브(423)는 엑스선을 방출하지 않고 회로 상에는 관전류가 흐르지 않을 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 피드백 회로(450)는 도 2의 피드백 회로(150)와 동일하게 동작할 수 있다. 피드백 회로(450)는 피드백 회로(450)의 양 끝단(442, 453) 간의 전압에 기초하여 엑스선에 기초한 관전류를 안정화시킬 수 있다. 피드백 회로(450)는 피드백 회로(450)의 양 끝단(442, 453) 간의 전압이 반도체 스위치(440)의 턴온 전압에서 반도체 스위치(440)의 제1 노드(441) 및 제2 노드(442) 간의 전압(예: gate-source 전압 또는 base-emitter 전압)과 균형을 이루어 엑스선에 기초한 관전류를 안정화시킬 수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 저장할 수 있으며 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
위에서 설명한 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 또는 복수의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (14)

  1. 엑스선 튜브의 고속 펄싱 방법에 있어서,
    고속 펄스 전원이 펄스파(pulse-wave) 형태의 전압을 생성하여 스위치 및 피드백 회로로 출력하는 동작;
    상기 스위치가 상기 펄스파 형태의 전압에 응답하여 상기 엑스선 튜브가 상기 펄스파 형태의 전압이 가지는 주파수에 따라 엑스선을 방출하도록 상기 엑스선 튜브를 제어하는 동작; 및
    상기 피드백 회로가 상기 피드백 회로의 양 끝단 간의 전압에 기초하여 상기 엑스선에 기초한 관전류를 안정화시키는 동작
    을 포함하고,
    상기 안정화시키는 동작은,
    상기 피드백 회로가 상기 피드백 회로의 양 끝단 간의 전압과 반비례하는 제1 노드 및 제2 노드 간의 전압의 크기를 이용하여 상기 관전류의 크기를 상기 스위치의 턴온 전압에 대응하는 미리 결정된 크기에 기초하여 안정화시키는 동작
    을 포함하는, 고속 펄싱 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 노드는,
    상기 스위치와 상기 고속 펄스 전원 사이의 노드이고,
    상기 제2 노드는,
    상기 스위치와 상기 피드백 회로 사이의 노드인 것인, 고속 펄싱 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 안정화시키는 동작은,
    상기 피드백 회로의 부하 크기를 조정하여 상기 관전류의 크기를 제어하는 동작
    을 포함하는, 고속 펄싱 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 엑스선 튜브는,
    필라멘트 타입 엑스선 튜브 및 CNT 타입 엑스선 튜브 중 어느 하나인 것인, 고속 펄싱 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 엑스선 튜브는,
    상기 엑스선 튜브 내에서 생성된 자유 전자가 고압 전원에 의한 전계에 의해 가속되는 것이고,
    상기 고압 전원은,
    unipolar 고압 전원 및 bipolar 고압 전원 중 어느 하나인 것인, 고속 펄싱 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 주파수는,
    50kHz 이하인 것인, 고속 펄싱 방법.
  7. 하드웨어와 결합되어 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항의 방법을 실행시키기 위하여 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  8. 엑스선 튜브의 고속 펄싱을 위한 고속 펄싱 장치에 있어서,
    펄스파(pulse-wave) 형태의 전압을 생성하여 스위치 및 피드백 회로로 출력하는 고속 펄스 전원;
    상기 펄스파 형태의 전압에 응답하여 상기 엑스선 튜브가 상기 펄스파 형태의 전압이 가지는 주파수에 따라 엑스선을 방출하도록 상기 엑스선 튜브를 제어하는 스위치; 및
    상기 피드백 회로의 양 끝단 간의 전압에 기초하여 상기 엑스선에 기초한 관전류를 안정화시키는 피드백 회로
    를 포함하고,
    상기 피드백 회로는,
    상기 피드백 회로의 양 끝단 간의 전압과 반비례하는 제1 노드 및 제2 노드 간의 전압의 크기를 이용하여 상기 관전류의 크기를 상기 스위치의 턴온 전압에 대응하는 미리 결정된 크기에 기초하여 안정화시키는 것인, 고속 펄싱 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 노드는,
    상기 스위치와 상기 고속 펄스 전원 사이의 노드이고,
    상기 제2 노드는,
    상기 스위치와 상기 피드백 회로 사이의 노드인 것인, 고속 펄싱 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 피드백 회로는,
    상기 피드백 회로의 부하 크기를 조정하여 상기 관전류의 크기를 제어하는 것인, 고속 펄싱 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 엑스선 튜브는,
    필라멘트 타입 엑스선 튜브 및 CNT 타입 엑스선 튜브 중 어느 하나인 것인, 고속 펄싱 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 엑스선 튜브는,
    상기 엑스선 튜브 내에서 생성된 자유 전자가 고압 전원에 의한 전계에 의해 가속되는 것이고,
    상기 고압 전원은,
    unipolar 고압 전원 및 bipolar 고압 전원 중 어느 하나인 것인, 고속 펄싱 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 주파수는,
    50kHz 이하인 것인, 고속 펄싱 장치.
  14. 엑스선 튜브; 및
    상기 엑스선 튜브의 고속 펄싱(fast x-ray pulsing)을 위한 고속 펄싱 장치
    를 포함하고,
    상기 고속 펄싱 장치는,
    펄스파(pulse-wave) 형태의 전압을 생성하여 스위치 및 피드백 회로로 출력하는 고속 펄스 전원;
    상기 펄스파 형태의 전압에 응답하여 상기 엑스선 튜브가 상기 펄스파 형태의 전압이 가지는 주파수에 따라 엑스선을 방출하도록 상기 엑스선 튜브를 제어하는 스위치; 및
    상기 피드백 회로의 양 끝단 간의 전압에 기초하여 상기 엑스선에 기초한 관전류를 안정화시키는 피드백 회로
    를 포함하고,
    상기 피드백 회로는,
    상기 피드백 회로의 양 끝단 간의 전압과 반비례하는 제1 노드 및 제2 노드 간의 전압의 크기를 이용하여 상기 관전류의 크기를 상기 스위치의 턴온 전압에 대응하는 미리 결정된 크기에 기초하여 안정화시키는 것인, 시스템.
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